Оппозитный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания



Оппозитный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания
Оппозитный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2568350:

Цовбун Николай Моисеевич (RU)

Изобретение предлагает конструкцию оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, который может использоваться для бензиновых или дизельных, как для четырехтактных, так и для двухтактных ДВС, как четырех цилиндровых, так и 8 и более цилиндров с использованием обычных систем газораспределения, зажигания, питания, впрыска и т.д. Технический результат - получение бесшатунного двигателя внутреннего сгорания со свободно перемещающимися крейцкопфами по поперечной прорези, устраняющими боковое давление на цилиндры, а также устраняющими эффект верхней мертвой точки. Оппозитный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит по два цилиндра на каждой из параллельных осей, в каждой паре цилиндров есть по два поршня, жестко соединенных пластиной, имеющей поперечную прорезь с двумя направляющими, по которым скользит крейцкопф с подшипниками для шейки коленвала. Жесткое крепление коленчатого вала в подшипниковых опорах, стоящих по обе стороны от пластин, с шейками, которые вращаются во внутренних подшипниках крейцкопфа, обеспечивающими чередование между рабочими тактами через 90°, позволяет избегать эффекта верхней мертвой точки. Свободное поперечное перемещение крейцкопф без бокового давления на стенки цилиндров уменьшает износ, повышает КПД. 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения. Изобретение предлагает конструкцию оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

За прототип принят оппозитный бесшатунный поршневой двигатель С. Баландина.

История развития бесшатунных поршневых двигателей, предложенных С. Баландиным, берет начало в тридцатых-сороковых годах прошлого века, когда в конструкторском бюро, где работал автор, были разработаны и построены несколько типов авиационных двигателей с необычным, отличным от кривошипно-шатунного, силовым механизмом.

Все построенные образцы основывались на схеме с одной избыточной кинематической связью.

При кажущейся простоте механизм содержал неотработанные кинематические связи, а в применении к тепловым машинам они были слабо изучены и поэтому их возможности плохо прогнозировались. Всего одна избыточная кинематическая связь в таком сложном механизме как ДВС ставила под сомнение всю его дальнейшую работоспособность. Тем более не было понимания того, как от этой связи избавиться, синхронизирующий механизм, о котором идет речь, являлся неотъемлемой частью самого двигателя.

Приведем пример, поясняющий принцип симметрии, в приложении к рассматриваемому бесшатунному силовому механизму. Лучший образец - кинематическая схема оппозитного бесшатунного двигателя С. Баландина, в котором чередование между рабочими тактами происходит равномерно, через 180° по углу поворота коленчатого вала. Конструкция силового механизма включает: четыре рабочих поршня со штоками, соединенные попарно; два рабочих крейцкопфа, перемещающиеся по оси движения поршней, три синхронизирующих крейцкопфа, перемещающиеся в плоскости, перпендикулярной плоскости цилиндров. Названные элементы объединены общим планетарно вращающимся коленчатым валом и располагаются на его пяти шейках. Шестая и седьмая шейки коленчатого вала предназначены для установки противовесов и передачи крутящего момента валу отбора мощности. У каждого рабочего поршня, по обе стороны и на равных расстояниях, располагаются синхронизирующие крейцкопфы. В оппозитном двигателе они выполняют следующие функции.

- Совместно с рабочими крейцкопфами обеспечивают синхронизацию коленчатого вала.

- Воспринимают на себя основную нагрузку от газовых сил, отделяя крейцкопфы рабочих цилиндров от "ударного" нагружения в момент воспламенения горючих газов в соседних цилиндрах.

- Выполняют функции противовесов для уравновешивания всех масс. Рассмотренный механизм обладает широкими кинематическими возможностями, он прекрасно уравновешивается.

И в заключении перечислим основные преимущества, которыми располагают бесшатунные ДВС.

- Компоновка бесшатунного двигателя позволяет значительно сократить объем моторного отсека за счет рационального расположения узлов и деталей двигателя.

- Взаимное сочетание газовых сил и сил инерции приводит к значительному уменьшению результирующих сил, нагружающих кинематические звенья, что позволяет увеличить механический КПД двигателя.

- В бесшатунном двигателе, чем больше масса поршней со штоками и крейцкопфами и чем выше обороты двигателя (в известных пределах), тем меньше нагрузка на подшипники, в тронковом двигателе - наоборот.

- Количество функций, возложенных на рабочие поршни уменьшается (поршни перестают быть парами трения), соответственно, надежность их работы увеличивается.

- Допускается возможность организации рабочего процесса в двигателе по обе стороны рабочего поршня или использования подпоршневого пространства для компрессорного наддува.

- Появляется возможность улучшения системы охлаждения поршней прокачиванием масла через поршневые штоки и поршни для их эффективного охлаждения.

- Становится возможным для прямолинейно движущихся поршней применить лабиринтный вид уплотнений с полным или частичным отказом от поршневых колец.

Основная же причина того, что применение рассматриваемой кинематической схемы не получило практической реализации, состоит в том, что она сложнее обычного кривошипно-шатунного механизма. Большое количество сопрягаемых элементов требует высокого технологического уровня их изготовления. Значение их суммарного допуска должно быть меньше величины диаметрального зазора одного из крайних подшипников планетарного вала, иначе невозможно обеспечить его правой и левой половине синхронного вращения. Уложиться же в этот допуск технологически сложно. (http://www.volnovoidvigatel.ru/controd-free-engines/index.html).

В двигателе Баландина, имеющего одну избыточную кинематическую связь, неизбежно при повышении температуры изменяются размеры деталей, а также неточность, больше чем зазор в подшипниках, в размерах деталей при изготовлении и их размещении приводит к перекосам, заклиниванию, задирам деталей. Дальнейшее усовершенствование конструкции двигателя Баландина существенно усложнило ее, сведя на нет изначально запланированные преимущества.

Предлагаемое заявителем устройство содержит по два цилиндра на каждой из параллельных осей, в каждой паре цилиндров по два поршня, жестко соединенных пластиной, снабженной поперечной прорезью с двумя направляющими, по которым свободно скользит крейцкопф с подшипниками для шейки коленчатого вала перпендикулярно движению поршней, и коленчатый вал с жестким креплением в подшипниковых опорах, стоящих по обе стороны от пластин, и с взаимно перпендикулярными шейками, вращающимися во внутренних подшипниках крейцкопфа, обеспечивающий чередование между рабочими тактами через 90°.

Такая конструкция бесшатунного двигателя позволяет устранить боковое давление на цилиндры, избежать эффекта верхней мертвой точки и устранить перекосы, задиры, усиленный износ, а также снимать мощность с одного конца коленчатого вала, упрощая конструкцию.

Прототип имеет два рабочих крейцкопфа, скользящих соосно с поршнями, и три синхронизирующих, а предлагаемое устройство имеет два крейцкопфа, свободно скользящих перпендикулярно движению поршней по направляющим в поперечной прорези пластины, соединяющей два поршня. Поперечное перемещение крейцкопфа осуществляется давлением смеси газов цилиндра с перпендикулярной шейкой коленвала, крейцкопфы имеют одну степень свободы и не оказывают давления на боковые стенки цилиндров, что повышает механический КПД и, соответственно, уменьшает износ цилиндров и поршней, делает механизм высоконадежным, с длительной работоспособностью. Жесткое крепление коленвала, в отличие от планетарного в прототипе, устраняет перекосы и задиры, а также дает возможность снимать мощность с одного конца коленвала.

Это, казалось бы, простое изменение конструкции, принципиально меняет свойства двигателя.

Коленчатый вал с взаимно перпендикулярными шейками, которые вращаются во внутренних подшипниках крейцкопфа, обеспечивает чередование между рабочими тактами через 90°, что позволяет избегать эффекта верхней мертвой точки. Крейцкопфы имеют скользящие подшипники: два плоских наружных для направляющих в поперечной прорези пластины и внутренний для шейки коленвала, и имеющие систему смазки через каналы в коленчатом валу, продолжающуюся на наружную поверхность крейцкопфа, аналогичную, как при кривошипно-шатунном механизме, кроме того, смазка производится масляным туманом, порождаемым вращением коленчатого вала. Кроме того, уменьшается длина самих поршней за счет отсутствия юбки поршня и места для поршневого пальца, остается только место для установки поршневых колец, что сокращает длину цилиндров и, соответственно, габариты и вес конструкции. Кроме того, ввиду увеличения суммарной длины двух поршней, соединенных вместе, уменьшается боковое давление и износ цилиндров. Также существенным технологическим преимуществом является то, что противоположные цилиндры обрабатываются с одной установки, как и два жестко соединенных поршня. Габариты четырехцилиндрового двигателя практически будут соответствовать габаритам обычного двухцилиндрового.

Данная конструкция может использоваться для всех видов двигателей: бензиновых, дизельных, четырехтактных, двухтактных, четырехцилиндровых, 8 и более цилиндров с использованием обычных систем газораспределения, зажигания, питания, впрыска и т.д. Эти системы в данном изобретении рассматриваться не будут.

Также система коленвал - крейцкопф, свободно перемещающийся в поперечной прорези пластины, соединяющей два поршня, может использоваться в устройствах, где необходимо преобразовать вращение в поступательное движение: в насосах, компрессорах и т.п.

На Фиг. 1 изображены: кинематическая схема оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания: две пары поршней (1, 2 и 3, 4); (5) - коленчатый вал; (6, 7 и 8, 9) - две пары оппозитных цилиндров; (10) - коренные подшипники; (11) - подшипники шейки коленвала; (12) - крейцкопф; (13) - пластина, имеющая поперечную прорезь с двумя направляющими;

На Фиг. 2 - изображен фронтальный вид поперечной прорези пластины, соединяющей два поршня; (14) - плоский подшипник для направляющих; и те же (11) и (12).

Оппозитный бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит по два оппозитных цилиндра (6, 7 и 8, 9) на каждой из параллельных осей, в каждой паре цилиндров есть по два поршня (1, 2 и 3, 4), жестко соединенные попарно пластинами (13) с поперечной прорезью, с направляющими, по которым свободно скользят крейцкопфы (12) с плоскими подшипниками (14) для направляющих в поперечной прорези и цилиндрическими подшипниками (11) скольжения для шейки коленчатого вала (5).

Рациональный двухсторонний рабочий процесс в цилиндрах, когда при рабочем ходе в одном цилиндре, в противоположном происходит сжатие, частично разгружает коленчатый вал.

Взаимно-перпендикулярное расположение шеек коленвала для соседних оппозитных цилиндров позволяет избегать эффекта верхней мертвой точки (ВМТ): когда при начале рабочего хода в верхней мертвой точке находится один из поршней, у второго поршня на перпендикулярной шейке крутящий момент на коленчатом валу максимален, в результате крутящий момент бесшатунного двигателя - величина постоянная. Математически это выглядит так: если момент по одной оси X, а по перпендикулярной Y, то суммарный момент (формула окружности):

X2+Y2=1,

Устройство работает при четырехтактном цикле следующим образом: когда в 6 цилиндре поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), смесь сжата, начинается рабочий ход (РХ), в 7 цилиндре начинается сжатие рабочей смеси (СЖ), в 8 цилиндре - вторая половина выхлопа (ВХ), в 9 - вторая половина всасывания (ВС).

При повороте коленвала на 90 градусов в 8 и 9 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается всасывание (в 8) и сжатие (в 9). В 6 и 7 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 6 - рабочий ход, в 7 - сжатие.

При повороте коленвала на 180 градусов в 6 и 7 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается выхлоп (в 6) и рабочий ход (в 7). В 8 и 9 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 8 - всасывание, в 9 - сжатие.

При повороте коленвала на 270 градусов в 8 и 9 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается сжатие (в 8) и рабочий ход (в 9). В 6 и 7 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 6 - выхлоп, в 7 - рабочий ход.

При повороте коленвала на 360 градусов в 6 и 7 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается всасывание (в 6) и выхлоп (в 7). В 8 и 9 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 8 - сжатие, в 9 - рабочий ход.

При повороте коленвала на 450 градусов в 8 и 9 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается рабочий ход (в 8) и выхлоп (в 9). В 6 и 7 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 6 - всасывание и в 7 - выхлоп.

При повороте коленвала на 540 градусов в 6 и 7 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается сжатие (в 6) и всасывание (в 7). В 8 и 9 цилиндрах продолжатся их прежние циклы: в 8 - рабочий ход, в 9 - выхлоп.

При повороте коленвала на 630 градусов в 8 и 9 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается выхлоп (в 8) и всасывание (в 9). В 6 и 7 цилиндрах продолжатся прежние циклы: в 6 - сжатие, в 7 - всасывание.

При повороте коленвала на 720 градусов в 6 и 7 цилиндрах заканчиваются их циклы и начинается рабочий ход (в 6) и сжатие (в 7). В 8 и 9 продолжатся прежние циклы: в 8 - выхлоп, в 9 - всасывание.

Анализ циклов четырехтактного двигателя показывает, что на два оборота коленвала четверть оборота (от 630 до 720°) отсутствует рабочий ход, от 270 до 360° одновременно в 9 и 7 цилиндрах - рабочий ход, в остальных (РХ) последовательно. Это можно устранить, изготовив восьмицилиндровый двигатель, который практически уложится в габариты четырехцилиндрового двигателя. Мы получим одновременно (РХ) в двух цилиндрах, сдвинутые на 90°.

Оппозитный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по два цилиндра на каждой из параллельных осей, в каждой паре цилиндров по два поршня, жестко соединенных пластиной, снабженной поперечной прорезью с двумя направляющими, по которым свободно скользит крейцкопф с подшипниками для шейки коленчатого вала перпендикулярно движению поршней, и коленчатый вал с жестким креплением в подшипниковых опорах, стоящих по обе стороны от пластин, и с взаимно перпендикулярными шейками, вращающимися во внутренних подшипниках крейцкопфа, обеспечивающий чередование между рабочими тактами через 90°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня имеет вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра и содержащий внутреннюю часть поршня, шток поршня, соединенный на первом конце с упомянутой внутренней частью поршня, наружную часть поршня, которая служит в качестве носителя для упомянутой внутренней части поршня и соединена с упомянутым валом двигателя, причем упомянутая внутренняя часть поршня выполнена с возможностью работать по циклу, отличному от цикла наружной части поршня, и управляющий рычажный механизм, соединенный с упомянутым двигателем в точке крепления, причем упомянутый управляющий рычажный механизм соединен со вторым концом упомянутого штока поршня, определяя точку копирования, в котором упомянутый управляющий механизм направляет и определяет перемещение упомянутой точки копирования таким образом, что оно по существу выровнено с осью упомянутой камеры цилиндра.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневое устройство (100) предназначено для двигателя внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня.

Изобретение относится к машиностроению. Бесшатунный, роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит неподвижный внутренний корпус с расположенными в нем рабочими цилиндрами с поршнями и штоками, впускными и выпускными клапанами и свечами зажигания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры (1) и (11) со съемными головками, поршни (2) и (10) с поршневыми кольцами, газораспределительный механизм, систему охлаждения, систему смазки, систему питания и систему зажигания.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель (1) содержит цилиндр (2) и поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2).

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях. Устройство для передачи усилия от поршней предназначено для поршневого двигателя, в котором поршни (3), (4) двух противоположных цилиндров (1), (2) сгорания взаимодействуют посредством попеременно совершающихся рабочих ходов.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневой оппозитный двигатель внутреннего сгорания содержит оппозитно расположенные цилиндры (1).

Изобретение может быть использовано в устройствах, преобразующих один вид энергии в другой, например в двигателях внутреннего сгорания. Теплообменная металлическая поверхность (1) имеет углубления (2), заполненные материалом с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность материала поверхности (1).

Изобретение относится к механизмам преобразования прямолинейного движения поршня во вращение вала. Бесшатунный механизм содержит корпус и многоколенчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой содержит солнечную шестерню, солнечно-планетарную шестерню и планетарную шестерню-сателлит.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателю внутреннего сгорания, и может быть использовано в бензиновых, газовых и дизельных двигателях различного назначения.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания. Двигатель содержит полый шток, соединяющий поршни, выполненый диаметром, равным диаметру поршня, и оснащеный зигзагообразными, симметричными, замкнутыми канавками прямоугольного поперечного сечения по обе стороны от продолговатого отверстия для прохода впускного трубопровода в его центральной части, с которыми контактируют ролики, смонтированные в ступицах двух коаксиальных штоку конических шестерен на подшипниках качения, которые сочленены между собой третьей конической шестерней, передающей крутящий момент на вал отбора мощности.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности созданию двигателей внутреннего сгорания . Использование в автономных машинах и транспортных средствах, преимущественно в легкомоторной авиации, тракторах и с/х машинах.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневой оппозитный двигатель внутреннего сгорания содержит оппозитно расположенные цилиндры (1).

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Четырехтактный дизельный двигатель содержит цилиндры (1), верхнюю цилиндровую крышку (2), прикрепленную к цилиндрам (1), кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы смазки, питания, охлаждения и запуска.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (1), каждый из которых снабжен поршнем (2), установленным в его полости и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (1) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (1) отработанного рабочего тела.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, силовой механизм, связанный посредством зубчатой передачи с маховиком, и систему зажигания и отвода выхлопных газов.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень с силовым механизмом, связанным посредством зубчатой передачи с маховиком, систему зажигания и отвода выхлопных газов.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, которые могут быть использованы в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте. .

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Двигатель внутреннего сгорания с оппозитными цилиндрами содержит корпусной блок (1) с как минимум одной парой оппозитных гильз (2) и (3), в которых расположен цельный поршень, включающий пару поршневых головок (4) и (5). Между поршневыми головками (4) и (5) расположен поршневой шток в виде отдельных стоек (6) и (7). Двигатель содержит пару шатунов со своими поршневыми пальцами (11) и (12) и пару параллельных коленчатых валов (15) и (16), синхронизированных шестернями (19) и (20). Поперечный размер Lпо продольной полости поршневого штока выполнен в зависимости от поперечного размера колена Lк коленчатого вала, радиуса Rп поршневой головки поршня, полуширины dшг и толщины Tшс линейной стойки поршневого штока в соответствии с математическим выражением L к < L n o < 2 ( R n 2 − d ш г 2 − T ш с ) . Технический результат заключается в улучшении габаритных и массовых показателей двигателя, а также в повышении жесткости механизма двигателя. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.
Наверх